Курсовая работа: Внутривидовая гибридизация хвойных пород

2.4 Способы получения гибридных семян древесных растений

Гибридные семена древесных растений получают от скрещивания на растущих корнесобственных и привитых деревьях, а также на срезанных ветвях. В крону деревьев для работы по искусственному опылению поднимаются при помощи лестниц, лазов, специально построенных подмостков и автомашин с подъемными приспособлениями.

Подготовка материнских деревьев для опыления у ветроопыляемых разнополых растений резко отличается от подготовки насекомоопыляемых обоеполых. У первых изоляцию проводят удалением мужских соцветий, (например, ♂ сережек у березовых и. ♂ стробилов у хвойных). У двудомных возможна пространственная изоляция. У обоеполых растений для изоляции женских цветков необходимо удалить из цветка пыльники, не повредив пестики. Перед изоляцией удаляют пинцетом или ножницами пыльники. Женские цветки и соцветия изолируют за несколько дней до начала цветения (пыления), чтобы предотвратить опыление их нежелательной пыльцой. Изоляторы изготовляют в виде пакетов или небольших мешочков из плотной ткани или бумажной кальки. Для изоляции цветков насекомоопыляемых растений используются марлевые мешочки. На основание изолируемой ветки, где изолятор завязывают шпагатом, подкладывают кусочек ваты для доступа воздуха в изолятор.

Пыльцу с 1 дерева-опылителя заготавливают заранее. У ветроопыляемых растений, мужские цветки которых собраны в соцветия (у буковых, березовых, тополей, ореховых) и в стробилы (у хвойных) для сбора пыльцы используют соцветия, которые снимают с растущих деревьев за 1–2 дня доестественного созревания (пыления). Собранные сережки или стробилы для дозревания помещают на бумажную кальку в один слой, где пыльники слегка подсыхают. Пыльцу собирают в пакеты или небольшие стеклянные емкости. Для сбора пыльцы в большом количестве целесообразно использовать почвенные сита, в которых пыльцу удобно очищать и вымолачивать из пыльников легким встряхиванием системы ситец. Так можно собирать пыльцу для массового опыления и получения гибридных семян от контролируемого опыления. Для сбора пыльцы из обоеполых цветков насекомоопыляемых растений тычинки выщипывают перед созреванием пыльников. Пыльники тонким слоем помещают в стеклянную посуду.

Если цветки на материнском дереве распускаются раньше, то для ускорения созревания мужских цветков прибегают к выгонке пыльцы. Для этого заготовляют ветки с цветками опылителя незадолго до цветения и помещают их в банку с водой в теплом месте. Банку ставят на гладкую бумагу, чтобы на нее осыпалась созревшая пыльца, которую собирают в стеклянные баночки или пакетики из бумажной кальки. Паспорт пыльцы составляют в дневнике по гибридизации, где указывают дату заготовки, номер дерева, с которого она собрана, и описание дерева. На этикетке можно написать номер опылителя и дату сбора. Для скрещивания географически отдаленных растений или видов с разными сроками цветения необходимо хранить и пересылать пыльцу по почте. Пыльцу хранят в эксикаторах с хлористым кальцием при температуре не выше 2–5°С (в холодильнике).

Продолжительность хранения пыльцы зависит от способа хранения и наследственных особенностей вида. Установлено, что пыльца березы, тополя, ивы и других видов может храниться (без применения) не более 1 мес., у сосны – свыше 1 года. Жизнеспособность пыльцы дуба при температуре 0°С и относительной влажности около 60% сохраняется более 2 мес. При низкой влажности пыльца дуба быстро погибает. Перед скрещиванием пыльцу, особенно долго хранившуюся или перенесшую заморозки, проверяют на жизнеспособность. О жизнеспособности пыльцы судят по проценту проросших пыльцевых зерен и длине пыльцевых трубок, развивающихся на питательной среде. Пыльцу проращивают в висячей капле или посевом на агар-агаровую поверхность в чашке Петри. В висячей капле пыльца сосны прорастает через 12–24 ч, а пыльца березы через 2–3 ч, что можно наблюдать под микроскопом.

Для опыления лучше пользоваться пыльцой, прорастающей на 50% и более. Искусственное опыление проводят в период, когда рыльца пестиков находятся в стадии оптимальной влажности и готовности к прорастанию пыльцы. У некоторых растений это состояние определяется выделением секрета в виде небольших капелек на рыльце пестика у покрытосеменных или в пазухах семенных чешуи у голосеменных растений. Женские цветки опыляют при помощи мягкой акварельной кисточки (рис. 56), если пыльцы немного, или создают пыльцевое облако не снимая изолятора с ветки. Облако пыльцы можно выпустить из пульверизатора или выдуть из стеклянной пипетки. В работах, где требуется абсолютная изоляция для опыления сосны, лиственницы, ели, березы и других пород при наличии большого количества пыльцы опыление производят при помощи шприца. Пакет прокалывают, вдувают в него пыльцу, затем проколотое отверстие заклеивают.

В северных районах опыление следует проводить в полдень, на юге – утром, при влажном воздухе. Опыление повторяют в течение 3 дней до утраты восприимчивости рылец. В северных районах рекомендуется материнские растения заключать в полиэтиленовые теплицы, где температурными воздействиями и изменением состава воздуха можно добиться раннего формирования обильного количества женских сережек на материнских деревьях. Пространственная изоляция этих деревьев упрощает работу по контролируемому опылению. После опыления на ветку необходимо повесить этикетку с шифрованным номером. В дневнике под этим номером записываются все сведения о родительских деревьях, особенно о проведении опыления. Полезно в шифровке указывать год работы, тогда по номерам будет легче определить время получения гибридных семян.

2.5 Скрещивание на срезанных ветвях

При гибридизации древесных растений с мелкими плодами и семенами (тополь, ива, ильмовые, береза) широко используется метод скрещивания на срезанных ветвях. В СССР и за рубежом гибридизацию ивовых проводят на срезанных ветвях. Для этого за 1,5–2 мес. до начала цветения срезают ветки длиной 1–1,5 м, диаметром от 0,6 до 2 см, с цветочными почками, на которых оставляют не более 10–12 цветочных и 5 листовых почек. Ветви помещают в колодезную или речную воду, которую меняют через 6–8 дней до начала цветения и через 3–5 дней с начала цветения и до созревания плодов. Срезы подновляют. В длительных опытах используются питательные растворы.

Ветки с мужскими цветками заготовляют в несколько сроков, но раньше, чем с женскими, чтобы, по возможности, совместить сроки цветения. Для пространственной изоляции ветви с тычиночными и пестичными сережками держат в разных помещениях. Техника опыления на срезанных ветвях такая же как и на растущих деревьях, но проводится оно на месяц раньше естественного цветения и позволяет получить гибридные семена к весеннему сроку посева.

Гибридизация на срезанных ветвях, кроме достоинств по технике скрещивания, позволяет проводить направленный уход за развитием гибридных семян. При скрещиваний на срезанных ветвях этих же видов тополей удалось получить около 50% зимостойких гибридов с пирамидальной кроной тополя Болле. Однако ослабление материнского растения допускается до определенного предела. Рекомендуется использовать для скрещивания тополей на срезанных ветвях длинные (0,6–1,5 м) и толстые (1,5–2 см) ветви с большим запасом питательных веществ. Среди полученных гибридных сеянцев (41 тыс.) на крупных ветвях ему удалось отобрать значительное число гетерозисных растений.

2.6 Способы выращивания и испытания гибридных растений древесных пород

Выращивать растения из гибридных семян необходимо на высоком агрофоне, чтобы обеспечить высокую грунтовую всхожесть и максимальную сохранность всходов, сеянцев и саженцев. Так, при получении гибридных семян осины, тополя и ивы гибридные всходы выращивают в чашках Петри, помещенных в термостаты, чтобы сохранить все гибридные растения и проследить за наследованием и характером расщепления хозяйственно ценных признаков и свойств. Выращивание березы на высоком уровне сохранности всходов показывает, что из одних и тех же гибридных вариантов можно вырастить от 2 до 300 гибридных всходов из одной сережки (в сережке березы бородавчатой содержится 500–600 семян). В зависимости от целей и направления селекции сеянцы и саженцы следует выращивать по-разному. При селекции на устойчивость гибриды надо выращивать на так называемом провокационном фоне, чтобы вести отбор на разных стадиях онтогенеза.

Выращивать гибридные растения следует с одновременным испытанием гибридного потомства. Подбор площадей под посев, выбор схемы посевов, методы посева и наблюдения за появлением всходов, ростом и развитием гибридных растений, оценка, отбор и выбраковка гибридных семян и отдельных растений должны быть подчинены конечной цели работы и проводиться при постоянном сравнении с контролем. Прежде всего необходимо сравнивать поведение растений, выращенных из семян от свободного опыления, с вариантами искусственного опыления. В связи с этим опыты по гибридизации следует ставить в нескольких повторностях и гибридное потомство выращивать также в достаточных повторностях. Некоторые селекционеры рекомендуют проводить все в четырех повторностях и более, однако во всех случаях следует рассчитать достоверность опыта.

Успешные примеры межвидовой и межродовой гибридизаций лесных древесных растений показали перспективность селекции путем гибридизации. В СССР и в зарубежных странах межвидовая гибридизация с отбором лучших тополей для вегетативного размножения на промышленных плантациях используется в лесоразведении при ускоренном выращивании сырья для целлюлозно-бумажной промышленности. Не меньшее значение в интенсификации лесного хозяйства имеет селекция на быстроту роста хвойных.

Таким образом, испытание потомства в гибридных популяциях необходимо вести по частной методике применительно к биологии данной породы и в соответствии с задачами, поставленными перед селекционерами промышленностью.

2.7 Гетерозис

Эффект гибридной мощности, или гетерозиса, заключается в превосходстве гибридов первого поколения по ряду признаков и свойств по сравнению с исходными родительскими организмами. Скрещивание гибридов между собой снижает этот эффект в следующих поколениях. Ч. Дарвин, попытавшийся объяснить природу этого явления, считал гетерозис одной из причин полезности скрещивания в эволюции видов. Перекрестное оплодотворение поддерживается естественным отбором именно потому, что оно служит механизмом поддержания гибридной мощности.

Эффект гетерозиса с позиций основных генетических закономерностей открытых в начале XX в. объясняется:

1) гетерозиготным состоянием гибридов по многим генам;

2) возникновением взаимодействия доминантных благоприятных генов;

3) сверхдоминированием – гетерозигота превосходит гомозиготу.

В доказательство первого положения приводятся примеры получения межлинейных гибридов. При скрещивании гомозиготных инбредных линий гибриды первого поколения гетерозиготны по многим генам. При этом действие вредных рецессивных мутантных аллелей подавляется доминантными аллелями обоих родителей. Например, одна инбредная линия в гомозиготном состоянии имеет рецессивную аллель одного гена ааББ, а вторая–другого гена ААББ. Каждая из этих рецессивных аллелей в гомозиготном состоянии определяет какую-нибудь недостаточность, которая снижает жизнеспособность инбредной линии. При скрещивании линий ааББхААББ у гибридов объединяются доминантные аллели обоих генов – АаБб. Гибриды F1 проявят при этом не только гетерозис по указанным генам, но и единообразие. В F2 число особей с двумя доминантными генами в гетерозиготном состоянии АаБб будет лишь 4:1, поэтому гетерозисными оказываются не все особи. В дальнейших поколениях число гетерозигот сокращается, а число гомозигот увеличивается. Вследствие этого гетерозис в последующих поколениях затухает.

Однако не всегда гетерозиготность связана с гетерозисом. По второй гипотезе причиной гетерозиса является благоприятное действие некоторых доминантных аллелей. Поэтому подбор в гибридной комбинации доминантных аллелей может скорее обеспечить гетерозис. Таким образом, эта гипотеза исходит из представления о простом суммировании эффекта доминантных аллелей с комплементарным действием.

Третья гипотеза как бы развивает вторую. Она исходит из того, что гетерозиготное состояние аллелей имеет превосходство над гомозиготным. Следовательно, можно предположить, что сочетание в гетерозиготе аллелей дикого типа и мутантного каким-то образом усиливает действие доминантного гена и в связи с этим вызывает максимальное накопление специфических веществ, синтез которых контролируется этим геном. Указанное объяснение гетерозиса называют гипотезой сверхдоминирования.

Гипотеза доминантности удовлетворительно объясняет то ухудшение, которое наблюдается в результате инбридинга, а также восстановление мощности роста при скрещивании. На основании этой теории трудно, однако, объяснить, почему, гибриды по мощности превосходят популяции, из которых были получены их родители. Это увеличение мощности, по-видимому, следует объяснить сверхдоминантностью. При этом очевидно, что только небольшая часть локусов должна содержать гены, проявляющие сверхдоминантность в гетерозиготном состоянии.

Таким образом, две основные гипотезы, объясняющие гетерозис, ведут в общем к одинаковому результату и поэтому не являются взаимоисключающими. Имеются основания полагать, что гетерозис – более сложное явление и не может обусловливаться только одним типом взаимодействия.

Большой хозяйственный интерес представляют пути закрепления гетерозиса у древесных растений. Сохранение эффекта гетерозиса осуществляется вегетативным размножением уникальных гибридов.

2.8 Причины стерильности гибридов

Можно принять за правило, что чем дальше стоят друг от друга скрещиваемые виды и роды, тем сильнее выражена стерильность их гибридов.

Среди отдаленных скрещиваний различают две группы:

1) конгруентные скрещивания, когда родительские формы, несмотря на различие в генах, могут скрещиваться без понижения жизнеспособности, и

2) инконгруентные скрещивания, когда родительские формы имеют несоответственные хромосомы или разное число хромосом или несоответствие в плазме; у гибридов от таких скрещиваний обычно наблюдается неправильный мейоз или ненормальность в развитии и они оказываются стерильными.

Факторы, вызывающие стерильность, весьма различны:

1) Несовместимость ядра и цитоплазмы и как следствие этого – нарушение митозов в процессе развития генеративных тканей;

2) Действие генов, препятствующих развитию женских и мужских органов цветка;

3) Генетические факторы, препятствующие конъюгации хромосом в мейозе и образованию бивалентов, следствием чего является образование гамет с несбалансированным набором хромосом.

Все эти причины обусловлены генетически, и поэтому в каждом отдельном скрещивании есть возможность установить главный фактор, определяющий бесплодие.

Атипические митозы в гибридном организме могут начинаться очень рано и приводить к полной депрессии развития. Однако атипичность митозов может быть частичной и не исключает дальнейшего, даже нормального, развития гибридного организма. Однако для полного восстановления плодовитости гибридов требуется полное замещение хромосом одного из исходных видов.

Плодовитость отдаленных гибридов первого поколения часто зависит от выбора линий для скрещивания. Разница в плодовитости объясняется различиями геномов скрещиваемых форм.

Главной причиной, определяющей бесплодие отдаленных гибридов, является нарушение мейоза в гаметогенезе. Нарушение мейоза может быть вызвано рядом генетических факторов.

1. Различие в геномах, что ведет к нарушению равного распределения хромосом в метафазе I.

2. При общем сходстве геномов и равенстве числа хромосом у скрещиваемых видов имеются различия в отдельных аллелях, а также асинаптические гены, препятствующие нормальному спариванию хромосом. Нарушение мейоза может быть вызвано не только генетическими причинами, но и неблагоприятными факторами внешней и внутренней среды. У животных особое значение приобретают гармональные факторы.

При скрещивании видов и цитологическом анализе степени конъюгации хромосом и образования бивалентов и унивалентов в мейозе удается выяснить гомологичность геномов и причины стерильности гибридов, вызванные несовместимостью геномов.

2.9 Способы получения фертильных гибридов

Амфидиплоидия (аллополиплоидия) – способ получения плодовитых отдаленных гибридов, при котором в потомстве сохраняются геномы обоих скрещиваемых видов. Используется для восстановления плодовитости. Как правило, гибриды имеют пониженную плодовитость.

Указанный способ применяют в селекции в том случае, когда преследуют цель получить от одного из скрещиваемых диплоидных видов ценные качества для создания новых сортов, а гибриды первого поколения оказываются стерильными.

Предполагается, что первый отдаленный гибрид, возникший путем удвоения числа хромосом, был обнаружен в 1912 г. Гипотеза получения константных и плодовитых тетраплоидных форм у растений с помощью аллополиплоидии была предложена О. Винге еще в 1917 г.

2.10 Прививки хвойных пород

Прививки растений – это способы получения таких организмов, которые состоят из двух различных индивидуумов. Поэтому в каждой прививке обычно различают две составные части: привой – та часть прививки, которая перенесена на другое растение и срослась с ним, и подвой – часть прививки, на которую перенесен привой и которая его питает. Привой вынужден брать питательные вещества другого растительного организма. Эти новые условия изменяют свойства протоплазмы, а следовательно, и наследственность организма.

2.10.1. Основные способы прививок

Практике известно множество способов прививок, которые сводятся к трем основным:

1) окулировка, или прививка «глазком», – когда привоем служит почка, или «глазок», взятая из средней части побега. Техника прививки этим способом сводится к нанесению на подвое «Т» – образного надреза коры, отчленению «глазка» продольным срезом до коры, помещению «глазка» в подготовленный надрез и наложении повязки;

2) копулировка, или прививка черенком, – способ прививки для размножения наиболее ценных сортов плодовых и форм древесных пород. При нем из однолетних побегов нарезаются черенки с 2–3 почками. На подобранных с одинаковой толщиной черенке привоя и стебле подвоя делают косые срезы так, чтобы их камбиальные слои совпали. При этом для более надежного срастания поверхности среза делают с выступами, углублениями и место сочленения обвязывают. Поскольку у деревьев и кустарников диаметры черенка привоя и стебля подвоя часто не совпадают, прививку делают «в расщеп», «под кору» и другими способами. При прививке в расщеп поперечный срез подвоя расщепляется по диаметру полностью или частично и в него вставляется привой, который косо срезается с двух сторон. При прививке под кору на подвое делают горизонтальный срез под стеблевым узлом, а затем надрезают кору в вертикальном направлении от среза книзу и осторожно отворачивают ее края. На привое срез проводят в виде полуконуса. Затем привои вставляют подкору, зажимают его отворотами коры и обвязывают прививку;

3) сближение, или аблактировка, – способ прививки, при котором привой не отделяется от материнского растения до полного сращивания с подвоем. Способ состоит в том, что в местах подвоя и привоя снимается одинаковая полоска коры с тонким слоем древесины. Затем срезы плотно соединяют и закрепляют повязкой. Для успеха прививки необходимо, чтобы было достигнуто совмещение камбиальных слоев и на стороне привоя, противоположном срезу, имелась почка. Через один-два года, когда компоненты прививки срастутся, привой отделяют от материнского растения.

Страницы: 1, 2, 3, 4